经编针织物仿真模型优化方案

为了解决二维经编织物的仿真缺乏立体感，不便于直观理解线圈的串套关系，在研究不同类型经编线圈形态的基础上，从理论上建立了每种线圈的几何模型。在经编线圈的串套原理基础上，将线圈进行分割，用三维坐标点确定线圈的轨迹，模拟出理论状态下线圈的形态，再引入受力变形、光照等因素，进一步加深其真实感和立体感。在三维状态下，线圈的覆盖与串套关系更加清晰明了，而且WebGL技术提供了放大缩小、翻转等功能，可以多角度观看线圈结构，帮助合成织物的立体效果。同时光照和变形的引入使线圈更具层次感，因此，三维仿真弥补了二维仿真的不足，更具参考价值。

1.线圈主干建模

判断完线圈的类型后，便可以根据每种线圈类型进行三维建模，建模之前首先要对线圈结构进行分割，把线圈分为线圈主干加延展线，线圈主干又可以分割为圈弧和圈柱，为了使绘制出来的圈弧更加圆滑，用5个点来模拟圈弧，具体取点如图6－2－3所示。

图6－2－3中，P1～P7为线圈主干的取点，P2～P6为圈弧取点，w为线圈的总宽度，b为线圈没有被圈弧盖住显露在外面的高度，为了方便定位和调整，这些型值点都是在中心点P的基础上进行平移得到的。图中各个参数的解释如下：

图6－2－3　线圈主干模型

w1：P3或P5到线圈中线的距离；

w2：P2或P6到线圈中线的距离，其长度等于总宽w的一半；

w3：P1或P7到线圈中线的距离；

b1：P2或P6到线圈顶点P4的高度，也是圈弧的高度，实际绘制时只需调整各个部位的宽度和高度即可改变线圈的形态，为了使圈弧能压住圈柱，在z轴方向上，从P4往下z轴减小，考虑到梳栉的覆盖关系，线圈主干的z坐标还与梳栉编号有关，以右闭口为例，P1到P7点的取值如下：（Px、Py、Pz为中心点P的x、y、z坐标）

P1：x＝Px－w3，y＝Py＋b1／3－（I－i）×d，z＝Pz－2×d－（I－i）×d；

P2：x＝Px－w2，y＝Py＋b，z＝Pz－（I－i）×d；

P3：x＝Px－w1，y＝Py＋b＋w1，z＝Pz－（I－i）×d；

P4：x＝Px，y＝Py＋b＋b1，z＝Pz－（I－i）×d；

P5：x＝Px＋w1，y＝Py＋b＋w1，z＝Pz－（I－i）×d；

P6：x＝Px＋w2，y＝Py＋b，z＝Pz－（I－i）×d；

P7：x＝Px＋w3，y＝Py＋2×b1／3－（I－i）×d，z＝Pz－2×d－（I－i）×d。

式中：d为纱线直径；I为梳栉总数。

图6－2－4　衬纬模型

衬纬的模型比较简单，但衬纬的情况比较复杂，在绘制时存在多种形态，为了更好地模拟衬纬的形态，每种类型的取点情况不同。这里以一种情况为例介绍其取点情况，如图6－2－4所示。

图6－2－4中，w5为衬纬线圈到中线的最大距离，其取值比w3大，衬纬线圈用P0～P3四个点表示模型，以所衬线圈的P1和P7点（图6－2－3）所在平面为中线，故在此基础上，衬纬线圈的四个点坐标取值如下：

P0：x＝Px＋n×w／2，y＝Py＋b1／3－b／2，z＝Pz＋d／2；

P1：x＝Px－w5，y＝Py＋b1／3－b1／2，z＝Pz＋d／2；(www.xing528.com)

P2：x＝Px－w5，y＝Py＋b1／3＋b1／2，z＝Pz＋d／2；

P3：x＝Px＋n×w／2，y＝Py＋b1／3＋b／2，z＝Pz＋d／2。

式中：n为衬纬跨越线圈纵行数。

其他情况取点都在此基础上进行改变，如果是表6－2－2中的第8种情况，则把P0的x坐标向右横移w即可，即Px＋n×w／2－w，其余三点坐标不变；第9种情况，取P1～P3三个点；第10种情况，取P0～P2三个点；最后一种情况，取P1～P2两个点即可。衬纬在针的右侧时，情况类似。

表6－2－2　衬纬类型分类

2.线圈的连接与绘制

线圈主干取点确定好后，根据上下横列的线圈将延展线的形态确定，确定好后用两个点固定上下延展线的位置，以左闭口线圈为例，其延展线的形态和取点如图6－2－5所示。

图6－2－5　延展线取点

P8是上一横列延展线的末点，P0是当前横列延展线的起点，为了能使圈弧压住圈柱，并且延展线满足靠前的梳栉延展线在前面的关系，这两点的z坐标需要与梳栉建立联系。具体取值如下：

P2：x＝Px＋w5，y＝Py＋b1／3，z＝Pz＋d＋（I－i）×d；

P3：x＝Px，y＝Py＋0.8×b1，z＝Pz＋2×d＋（I－i）×d。

从取值上可以看出，这两点的z坐标都大于0，线圈主干点的z坐标取值都小于或等于0，这样将延展线和线圈主干完全分开，既保证了延展线的覆盖关系，也不会产生嵌入等现象。延展线的点取好后就可以开始绘制连接了，理论状态下即线圈不发生变形的情况下，绘制效果如图6－2－6所示。

图6－2－6（a）所示为两梳的经平绒织物仿真，两把梳的组织为：

GB1：1－0／1－2／／，GB2：2－3／1－0／／。

图6－2－6（b）所示为花宽为14、花高为16的三梳方格织物仿真，三把梳的组织为：

GB1：1－0／2－3／1－0／2－3／1－0／2－3／1－0／2－3／1－0／1－2／2－1／1－2／2－1／1－2／2－1／1－2／／，

图6－2－6　仿真实例

GB2：1－0／1－2／2－1／1－2／2－1／1－2／2－1／1－2／1－0／2－3／1－0／2－3／1－0／2－3／1－0／2－3／／，

GB3：2－3／1－0／2－3／1－0／2－3／1－0／2－3／1－0／2－3／1－0／2－3／1－0／2－3／1－0／2－3／1－0／／；

图6－2－6（b）中包含了闭口、开口及编链等线圈类型，从图中可以看出线圈连接情况较好。实际织物中，线圈会因为受力而发生变形，形成网孔等特殊组织，这需要对相邻线圈进行判断，如果连续相邻线圈之间没有延展线相连，则会形成网孔。但是在理想状态下，网眼不明显，加入受力变形之后，网眼仿真效果会更加真实，具有参考价值。